Подвалы одноквартирных жилых домов

Р. В. Владимиров, канд. техн. наук

Введение

В настоящее время в коттеджных зданиях в подвальных этажах часто устраиваются бильярдные, домашние кинотеатры, тренажерные залы, сауны и т. д. В некоторых случаях в подвальных этажах устраиваются дополнительные жилые помещения (в отличие от многоквартирных жилых зданий, в подвальных и цокольных этажах которых размещение жилых помещений не допускается согласно СНиП 31–01–2003 [1]). Иногда в подвальных этажах устраиваются плавательные бассейны (особенности проектирования систем вентиляции бассейнов в коттеджах рассматриваются в статье В. П. Харитонова, опубликованной в этом номере).

В соответствии с существующей терминологией (СНиП 31–02–2001 «Дома жилые одноквартирные» со ссылкой на СНиП 2.08.01–89* «Жилые здания» [1, 2]) различают следующие виды подвальных помещений:

• Подвальный этаж (подвал) – этаж при отметке пола помещений ниже планировочной отметки земли более чем на половину высоты помещения. Подвал может быть отапливаемый (установлены отопительные приборы) и неотапливаемый.

• Подполье – пространство под зданием между поверхностью грунта и перекрытием первого этажа. Техническое подполье – помещение, расположенное в нижней части здания, в котором размещается инженерное оборудование и прокладываются коммуникации.

• Цокольный этаж – этаж при отметке пола помещений ниже планировочной отметки земли на высоту не более половины высоты помещений. В отличие от подполья, цокольный этаж имеет естественное освещение и большое функциональное наполнение.

• Погреб – заглубленное в землю сооружение для круглогодичного хранения продуктов; может быть отдельно стоящим, расположенным под жилым домом, хозяйственной постройкой.

В зарубежной практике [3] принято различать три варианта устройства оснований малоэтажных жилых домов. Это подвал или частично заглубленный цокольный этаж, техническое подполье (как правило, высотой до 1,5 м) и бетонный пол на грунтовом основании.

В настоящей статье рассмотрены способы обеспечения теплового режима и тепло- и влагозащиты ограждающих конструкций подвальных помещений.

Тепловая защита

Для отапливаемых подвалов теплоизоляция наружных ограждающих конструкций, непосредственно соприкасающихся с грунтом, позволяет обеспечить защиту от промерзания стенок в грунте, предотвратить образование конденсата на внутренних поверхностях ограждающих конструкций, снизить теплопотери.

Известны четыре основных способа устройства теплоизоляции отапливаемых подвалов (рис. 1):

– ограждающая конструкция с внутренним теплоизоляционным слоем;

– ограждающая конструкция с внешним теплоизоляционным слоем;

– ограждающая конструкция со средним теплоизоляционным слоем;

– ограждающая конструкция с внешним и внутренним теплоизоляционными слоями.

Рисунок 1 (подробнее)   Способы устройства теплоизоляции подвалов

В неотапливаемых подвалах теплоизоляция может быть выполнена либо тем же способом, что и в отапливаемых, либо предусматривается дополнительный теплоизоляционный слой в перекрытии над подвалом. В этом случае неотапливаемый подвал отделяется теплоизоляционным слоем от надземной части здания, в результате чего температура в подвале будет существенно ниже и для предупреждения замерзания и повреждения проложенных в подвале инженерных коммуникаций может потребоваться их теплоизоляция.

Размещение теплоизоляционного слоя с наружной стороны ограждающей конструкции подвала имеет некоторые преимущества: обеспечивается непрерывный теплоизоляционный слой без мостиков холода, минимизируется увлажнение ограждающих конструкций за счет выпадения конденсата, не уменьшается полезная (эксплуатируемая) площадь. Кроме того, при таком расположении теплоизоляции ограждающие конструкции доступны для осмотра их изнутри, что позволяет вовремя заметить их повреждение, например, гниение, разрушение насекомыми и т. д.

С другой стороны, внешняя теплоизоляция ограждающих конструкций подвалов имеет и недостатки. Так, например, при этом способе необходима защита теплоизоляционного слоя от механических повреждений в процессе строительства и в течение всего срока ее службы, и стоимость такой защиты может превышать стоимость самого теплоизоляционного материала. Другая трудность – защита от насекомых, что особенно актуально в южных регионах: внешняя теплоизоляция может стать своеобразной «тропой» для насекомых, по которой они могут попасть в стены помещения. Часто при использовании внешней изоляции единственным способом устранения этой проблемы является использование ядов, что не всегда приемлемо. Еще один недостаток заключается в наличии мостиков холода, например, при использовании кирпичной облицовки (рис. 2). Теплопотери в этом случае могут быть достаточно высоки.

Рисунок 2. Мостик холода в ограждающей конструкции подвала с внешним теплоизоляционным слоем

Описанные выше недостатки привели к поиску новых подходов к теплозащите подвалов, преимущественно предусматривающих расположение теплоизоляционных слоев с внутренней стороны ограждающей конструкции. В этом случае, однако, зачастую возникают проблемы, связанные с переувлажнением ограждающих конструкций, что, в свою очередь, приводит к проблемам с запахами, плесенью, гниением и коррозией. На этапе проектирования необходимо решить множество проблем, связанных с влажностью:

• Проникновение грунтовых вод (рис. 3а) – внутренний теплоизоляционный слой обычно препятствует высыханию ограждающих конструкций подвала, увлажненных грунтовыми водами.

• Влага из строительных материалов (рис. 3б) – высыхание свежеуложенного бетона происходит достаточно длительное время, при этом высыхание происходит через внутреннее помещение.

• Капиллярный подъем воды через фундамент здания (рис. 3в).

• Конденсация влаги из воздуха помещения (рис. 3г) – внутренний теплоизоляционный слой обычно не герметичен и не предотвращает конденсацию внутреннего воздуха на бетонной стене фундамента, кроме того, возможна конденсация влаги из почвенных газов, которые часто проникают в помещение по периметру пола подвала.

Рисунок 3 (подробнее)   Воздействие влаги на теплоизоляцию

Многие способы устройства внутренней теплоизоляции преду-сматривают использование материалов, чувствительных к влаге, характеристики которых существенно ухудшаются при намокании. В этом случае на стадии строительства необходимо очень качественно выполнить гидроизоляцию, что зачастую трудно осуществимо.

Внутренний теплоизоляционный слой также может воспрепятствовать внутреннему осушению (например, когда он закрыт пароизоляционным слоем). Это проблема возникает при выделении влаги из строительных материалов, капиллярном подъеме влаги и просачивании грунтовых вод.

Простое удаление внутреннего пароизоляционного слоя не решает эту проблему, поскольку влага будет попадать внутрь теплоизоляции из воздуха помещения и затем конденсироваться на внутренней поверхности ограждающих конструкций, что создаст благоприятные условия для развития плесени, грибков и т. д.

Структурные элементы стен, расположенные ниже уровня грунта, достаточно холодные, поскольку непосредственно соприкасаются с грунтом, а большинство способов устройства внутренней теплоизоляции не обеспечивают герметичность теплоизоляционного слоя. В летнее время в этом случае теплый влажный воздух внутри помещения может попадать на холодные поверхности подвала, температура которых ниже точки росы внутреннего воздуха.

Ограждающая конструкция подвала со средним теплоизоляционным слоем является наиболее дорогостоящим и сложным по конструктивным соображениям вариантом, хотя и создает наименьшее количество проблем с влажностью и насекомыми.

Ограждающей конструкции с внешним и внутренним теплоизоляционными слоями присущи те же недостатки, что и в случае применения наружной теплоизоляции. При этом увеличивается ее стоимость за счет внутреннего теплоизоляционного слоя.

При расчете теплового режима подвала и проектировании теплозащиты важным вопросом является определение глубины промерзания и протаивания грунта. Этот вопрос подробно рассматривался в работах М. Д. Головко и В. С. Лукьянова [5, 6, 7]. Инженерная методика решения этой задачи приведена в статье А. В. Павлова «Методы инженерных прогнозов глубины промерзания и протаивания грунта» [8].

Регулирование влажности, гидроизоляция и пароизоляция

Высокий уровень влажности может очень быстро ухудшить тепловые характеристики большинства типов теплоизоляции. Повышение влажности увеличивает опасность возникновения плесени, неприятных запахов, патогенных болезнетворных микроорганизмов и т. д.

В 1980-е годы имел место следующий случай в Московском Кремле. Отсутствие хорошей гидроизоляции дорожного покрытия, примыкающего к подвалу Архангельского собора Московского Кремля, а также отсутствие вентиляции подвального помещения привело к тому, что влажность в помещении подвала была практически стопроцентной, и за длительный период такого состояния кирпич, из которого были изготовлены стены подвала, под воздействием влаги стал практически рассыпаться.

Для защиты основания здания от проникновения влаги требуется, прежде всего, обеспечить сбор стоков с крыш и горизонтальных поверхностей здания посредством водосточных желобов, а также отвод воды по периметру фундамента. Вода с крыши и фасадов не должна попадать в почву вблизи фундамента. Отведению воды по периметру здания должен способствовать наклон почвы, а зона непосредственно вблизи здания должна быть закрыта слоем гидроизоляции (рис. 4).

Рисунок 4. Защита основания здания от проникновения влаги: 1 – Дождевая вода с крыши собирается водосточными желобами 2 – Козырек защищает зону вокруг фундамента от проникновения воды 3 – Водосточный желоб 4 – Водосточная труба отводит дождевую воду от крыши и фундамента 5 – Наклон почвы направлен от фундамента 6 – Бетонная стена фундамента 7 – Направление потока грунтовых вод к дренажной системе по периметру 8 – Капиллярный барьер над основанием 9 – Соединение с изоляцией бетонной плиты основания 10 – Полиэтиленовая пароизоляция 11 – Гидроизоляционный верхний слой предотвращает проникновения воды в почву вблизи фундамента 12 – Свободно дренируемый материал 13 – Фильтровальная ткань над и под дренажной трубой 14 – Крупный гравий 15 – Перфорированная дренажная туба расположена ниже уровня плиты основания (выходит в сточный колодец или просто на поверхность) 16 – Трубное соединение через опору соединяет внешнюю систему осушения с дренажной гравийной прокладкой, расположенной под плитой основания фундамента 17 – Дренажная гравийная прокладка

Для направления грунтовых вод в дренажную систему необходимо проложить слой гидроизоляции или использовать иной способ. Дренажная система (канал) располагается с наружной стороны фундамента по периметру здания и полностью покрывается текстильным материалом (фильтровальная ткань). Дренажный слой из щебня под плитами основания фундамента соединяется с дренажной системой для обеспечения дополнительного дренажа и создания временного резервуара при повышении грунтовых вод (например, во время сильных дождей).

Стены подвала защищаются с внешней (наружной) стороны герметичным слоем, не пропускающим влагу и водяные пары, с капиллярными каналами для регулирования уровня влажности. Гидроизоляция и пароизоляция этих поверхностей часто выполняется путем нанесения жидкого битумного покрытия. Ранее капиллярные каналы были не так широко распространены, в них не было необходимости, поскольку стены по периметру подвала не имели теплоизоляции с внутренней стороны, и такая система обеспечивала высыхание влаги по мере ее проникновения внутрь. Для герметичных подвалов капиллярные каналы выполняют роль важного регулирующего механизма. Без них влага постоянно проникает сквозь фундамент во внутренний слой теплоизоляции и внутреннюю облицовку, выполненную, например, из гипсокартона.

Капиллярная защита или пароизоляция должна быть расположена под бетонными плитами пола подвала. В качестве капиллярной защиты можно использовать гравий и слой полиэтилена, непосредственно соприкасающийся с бетоном.

Стены подвала должны быть покрыты теплоизоляционным материалом, нечувствительным к влаге, который предотвращает попадание внутреннего воздуха на холодные бетонные поверхности. Оправдано использование пеноизоляции, а также экструдированного полистирола с закрытыми порами, который сам не накапливает влагу.

Следует также избегать влагонепроницаемых внутренних напольных покрытий в эксплуатируемом подвале, например, на основе винила, а также влагонепроницаемых покрытий внутренних поверхностей подвальных стен. Эти влагонепроницаемые покрытия затрудняют внутреннее высыхание и обычно приводят к образованию плесени и иным проблемам, связанным с влагой.

Вентиляция

Вентиляция подвальных помещений необходима для удаления вредностей, которые выделяются при эксплуатации подвальной части здания, регулирования влажности, а при необходимости – для защиты от поступления радона и почвенных газов.

Главная задача вентиляции подвальных помещений в большинстве случаев связана с необходимостью удаления избытков влаги. Эта задача не является простой, как может показаться на первый взгляд. Например, несколько лет назад была создана комиссия по рассмотрению случая накапливания воды на полу подвального помещения Смоленского собора Новодевичьего монастыря. Это подвальное помещение имело окна а на уровне земли, через которые осуществлялся воздухообмен. Комиссия пришла к выводу, что в теплый период года в ночное время теплый влажный воздух поступал снаружи через окна и конденсировался на холодной поверхности пола, в результате чего на полу скапливалась вода. Таким образом, можно сделать вывод, что вентиляция подвалов должна быть управляемой на основе учета влагосодержания и температуры наружного воздуха, воздуха в подвальном помещении и ограждающих конструкций подвального помещения.

Нормативными документами регламентируется обязательная вентиляция подвального помещения, если в нем устанавливается теплогенератор на жидком или газовом топливе. Кроме того, в этом случае указанное помещение должно иметь окно (СНиП 31–02–2001 «Дома жилые одноквартирные» [1]). Можно отметить и требования норматива Москвы по эксплуатации жилищного фонда ЖНМ–98–01/10 «Содержание подвальных помещений и технических подполий жилых домов», которое гласит, что подвалы и технические подполья должны проветриваться регулярно в течение всего года с помощью вытяжных каналов, вентиляционных отверстий в окнах и цоколе или других устройств при обеспечении не менее чем однократного воздухообмена».

Помимо вытяжной вентиляции, необходимо обеспечить приток воздуха в подвальные помещения. Для этой цели в подвалах устраиваются вентиляционные продухи. По нормам США, в подпольях должны быть предусмотрены вентиляционные отверстия с жалюзийными решетками с площадью из расчета 670 мм² на 1 м² площади подполья, расположенные в каждом углу подполья [3].

В последние годы было обнаружено еще одно негативное явление – проникание в подвальное помещение почвенного газа, содержащего радиоактивный радон, а в ряде случаев метан или другие потенциально опасные газы. Согласно СНиП 31–02–2001, при строительстве домов на участках, где по данным инженерно-экологических изысканий имеются выделения почвенных газов (радона, метана и др.), должны быть приняты меры по изоляции соприкасающихся с грунтом полов и стен подвалов, чтобы воспрепятствовать проникновению почвенного газа из грунта в дом, и другие меры, способствующие снижению его концентрации в соответствии с требованиями санитарных норм.

Для предупреждения поступления почвенных газов бетонная плита пола подвала должна герметично прилегать к стене по периметру подвала, а область примыкания должна быть покрыта герметиком, то есть бетонная плита выполняет функцию «воздушной преграды», не допускающей проникновения почвенных газов. Однако попытки решить указанную проблему путем герметичной заделки трещин и других отверстий в подвальных помещениях не всегда эффективны, поэтому в подвальных помещениях предусматривается устройство систем удаления таких газов – устраивается вентиляционный канал, посредством которого подвал сообщается с атмосферой.

Для предупреждения поступления почвенных газов дренажный слой из гравия под бетонной плитой пола подвала также должен сообщаться с атмосферой (рис. 5).

Рисунок 5. Предупреждение поступления почвенных газов в подвал

Проблемы, связанные с выделением почвенных газов и появлением плесени, а также традиционные проблемы, связанные с просачиванием влаги в подвальные помещения и, как правило, холодными полами, заставили по-новому подойти к методике проектирования подвальных помещений. Например, в заглубленных стенах подвальных помещений предусматривается устройство герметичных, дренируемых и вентилируемых каналов, проходящих по периметру подвала. Такая конструкция служит своеобразным барьером между грунтом и подвальным помещением.

На радоноопасных территориях применяются специальные методы строительства, минимизирующие поступление радона через основание здания. Эти методы включают в себя герметизацию стыков, трещин и отверстий в плите перекрытия и стенах, а также удаление почвенных газов из-под основания здания.

Как и прочие параметры внутренней среды, концентрация радона в воздухе помещений зависит от ряда определяющих факторов. Главные из них – уровень радоновой нагрузки на подземную часть здания, радонопроницаемость его подземных ограждающих конструкций, интенсивность выделений радона из ограждающих конструкций, интенсивность воздухообмена в помещениях. Доктором техн. наук Л. А. Гулабянцем проанализированы и опубликованы основные недостатки установившейся в РФ практики обеспечения радонобезопасности зданий, базирующейся на натурном измерении плотностей потоков радона из грунта и основанной на этом оценке «потенциальной радоноопа-сности» площадей застройки. Отмечено также, что помещение является частью единой системы, включающей в себя: грунтовое основание здания, его ограждающие конструкции, окружающее здание воздушное пространство, систему вентиляции и др. элементы, совместно оказывающие влияние на устанавливающийся уровень концентрации радона. Отмечается, что наряду с разработкой расчетных методов оценки радонового режима помещений, не менее актуальны исследования, направленные на определение расчетных значений параметров окружающей здание среды и материалов его ограждающих конструкций (концентрации радия, коэффициентов диффузии и эманирования, перепадов давления между газом в поровом пространстве грунта и воздухом в помещении и др.).

В общем виде, в соответствии с полученным Л. А. Гулабянцем решением уравнения радонового баланса помещения, в стационарном режиме объемная активность радона во внутреннем воздухе (А_п) может быть определена как

где i = 1, 2, …, N – порядковые номера разнородных ограждающих конструкций помещения (пол, перегородки, капитальные стены и т. д.);

q_i – плотность потока радона, поступающего от внутренней поверхности i-й ограждающей конструкции в помещение, Бк/(м² • с);

S_i – площадь i-й ограждающей конструкции, м²;

j = 1, 2, …, M – порядковые номера иных источников поступления радона в помещение;

Q_j – мощность иных источников радона (сжигаемый газ, водоснабжение и т. п.), Бк/с;

S_i – объем помещения, м³;

l = 2,1 • 10^-6 – постоянная распада радона, с^-1; 7,56 • 10^-3;

n – кратность воздухообмена, с^-1;

A_п – объемная активность радона в наружном воздухе, Бк/м³.

В большинстве случаев основная часть радона поступает в помещение от внутренних поверхностей ограждающих конструкций. Часть этих поступлений обусловлена выделениями радона в материалах ограждающих конструкций, часть проникновением выделяемого в грунте радона через заглубленные ограждающие конструкции.

Отопление

Отопление в подвалах предусматривается с целью поддержания определенной температуры внутреннего воздуха, зависящей от эксплуатационного назначения помещения. Наиболее часто используются системы водяного и воздушного отопления.

Нагрузка на систему отопления определяется из уравнения теплового баланса подвального помещения.

Следует иметь в виду, что в ряде случаев в неэкс-плуатируемых подвалах возможно поддержание относительно высокой температуры и без использования системы отоплении. Так, в климатических условиях Подмосковья температура грунта на глубине 2 м никогда не опускается ниже 5–10 °C, поэтому правильно выполненная теплоизоляция стен подвального помещения позволяет в зимний период поддержать температуру 5–10 °C без дополнительного отопления [4]. Кроме того, в подвалах достаточно часто располагается инженерное оборудование и поддержание требуемой температуры обеспечивается за счет технологических тепловыделений.

Отопительные приборы располагаются, как правило, у поверхностей ограждающих конструкций подвального помещения.

Литература

1. СНиП 31–02–2001. Дома жилые одноквартирные. – М., 2001.

2. СНиП 2.08.01–89*. Жилые здания. – М., 1995.

3. ASHRAE Handbook Heating, Ventilating, Air-Conditioning Application. SI Edition. 2003.

4. Матвиевский А., Умнякова Н. Утепление подвалов и фундаментов. http://www.maxmir.com/publish/p_tech5.html.

5. Головко М. Д., Лукьянов В. С. Указания по определению расчетной глубины промерзания грунта. – М., 1955.

6. Головко М. Д., Лукьянов В. С. Расчет глубины промерзания грунтов. – М., 1957.

7. Головко М. Д. Метод расчета чаши протаивания в основаниях зданий, возводимых на многолетнемерзлых грунтах. – М., 1958.

8. Павлов А. В. Методы инженерных прогнозов глубины промерзания и протаивания грунта // Сезонное протаивание и промерзание грунтов на территории Северо-Востока СССР: сборник. – М.: Наука, 1966.

9. Lstiburek J. Understanding basements // ASHRAE Journal. – 2006. – July. – Vol. 48.

От редакции.

Редакция журнала «АВОК» с интересом и благодарностью рассмотрит статьи, посвященные данной проблеме.